Les invasions biologiques sont une cause majeure de perte de biodiversité à l’échelle mondiale. L’impact direct des espèces exotiques envahissantes (EEE) sur la structure et la composition des communautés a été bien documenté. Par contre, leur impact sur le fonctionnement des écosystèmes a été comparativement moins étudié. Dans le présent travail, j’ai mesuré sur le terrain et en conditions expérimentales l’impact de 7 espèces de plantes exotiques particulièrement envahissantes en Europe sur les propriétés chimiques du sol, sur la productivité et sur le stock d’éléments minéraux dans la biomasse. Malgré la diversité des groupes fonctionnels considérés dans notre échantillon (des espèces annuelles aux arbres), des impacts récurrents ont pu être mis en évidence. Les EEE ont toujours une biomasse et une productivité supérieures à celles de la végétation qu’elles envahissent. Il en va de même pour le stock d’éléments minéraux dans la biomasse aérienne. En ce qui concerne le sol, les traits fonctionnels des espèces ne permettent pas de prédire la direction et l’amplitude des impacts. Par contre, ces impacts sur le sol se sont révélés partiellement prévisibles en fonction des conditions écologiques initiales (contexte pédologique). La disponibilité des cations et du P et la concentration en C et N organiques augmentent suite à l’invasion dans les sites initialement pauvres alors que ces mêmes paramètres baissent dans les sites plus eutrophes au départ. Les EEE entraînent, dans une certaine mesure, une homogénéisation des conditions écologiques dans les écosystèmes envahis. Dans un deuxième temps, je me suis attaché à identifier les mécanismes de l’impact de Fallopia japonica sur le cycle de l’azote. Cette espèce, perenne rhizomateuse, adopte une gestion très conservatrice de l’azote en retransloquant jusqu’à 80 % de l’azote des tiges et des feuilles vers le système racinaire en automne avant l’abscission des feuilles. La litière restituée est, de ce fait, pauvre en azote. Ce paramètre, combiné à une teneur élevée en lignine, explique sa faible vitesse de décomposition par rapport à celle de la végétation non envahie. Une grande partie de l’azote de l’écosystème tourne donc en cycle quasi fermé entre les organes de réserve et les parties aériennes de la plante, tandis que l’azote restant est en grande partie bloqué dans la nécromasse de la plante et est donc non disponible pour les espèces concurrentes indigènes. Ce mécanisme explique, sans doute, en partie le succès invasif de l’espèce. A l’avenir, les implications des impacts sur le sol en terme de restauration des communautés devront être étudiées. L’hypothèse d’une influence positive de ces impacts sur l’aptitude compétitive des espèces envahissantes devra être testée. Enfin, une étude plus fonctionnelle des impacts de ces espèces dans des sites contrastés devrait permettre d’identifier les mécanismes impliqués./Biological invasions are a major cause of biodiversity loss worldwide. The direct impact of alien invasive species (AIS) on community structure and composition has been well documented. On the other hand, their impact on ecosystem functioning has been comparatively less studied. In this work, I measured, on the field and in experimental conditions, the impact of 7 highly invasive alien plant species in Europe on soil chemical properties, biomass and aboveground nutrient stock. Despite the high diversity in considered functional groups (from annuals to trees), recurring impacts have been found. AIS had always higher biomass and aboveground nutrient stocks than invaded resident vegetation. Concerning soil, species functional traits did not allow us to predict impact direction and intensity. On the other hand, impacts on soil were partially predictable based on initial ecological conditions (pedologic context). Thus, cations and P availability and organic C and N concentrations increased in initially poor sites and decreased in eutrophic ones. AIS tend to homogenize soil properties across invaded landscapes. In a second part, i tried to identify the mechanisms of the impacts of Fallopia japonica on N cycling. This perrennial rhizomatous species manage N in a very conservative way. About 80 % of aboveground N is translocated to rhizomes before leaves abscission. The litter is therefore poor in N. This parameter combined with a high lignin concentration explains its slow decomposition rate compared to that of uninvaded vegetation. A big part of the ecosystem N is engaged in a nearly closed cycle between above and belowground organs while the remaining N is blocked in the necromass and is thus not available for the indigenous competitors. This mechanism probably explains the invasive success of this species. In the future, the implications of soil properties modifications in terms of community restoration should be studied. The hypothesis of a positive influence of these modifications on the competitive ability of AIS should be tested. At last, a functional study of these soil impacts in contrasted sites should allow us to identify the implied mechanisms.

Summary In the Sudanian zone of West Africa like in the Borgou region of Benin, agricultural and livestock systems face more and more difficulties linked to climatic changes, the decrease in soil fertility and the degradation of natural grasslands. This leads to a decrease in agricultural yields and feeding resources for livestock. On another hand, the socio-economical conditions of the small-holders dont allow them to invest in mineral fertilisers to remedy to soil fertility decrease. The introduction of ley pastures in crop rotations may be an affordable solution to increase available feeds for livestock and to improve soil fertility. The first part of this work reviews the potentialities of various local and exotic grasses and legumes which could be cultivated in the Borgou region. The choice of these species take into consideration the pedo-climatic conditions of the region, their aptitude for production, their nutritive value and their contribution to soil fertility. In the second and third parts of the thesis, the results of experimental 3-year ley pastures using 4 grasses (Panicum maximum Jacq cv. C1, Andropogon gayanus Kunth with broad leaves, A. gayanus with narrow limbs and Pennisetum purpureum Schumach.) and 6 légumineuses (Aeschynomene histrix Poir, Stylosanthes fruticosa (Retz.) Alson, Centrosema pubescens Benth., Mucuna pruriens (L.) DC. var. utilis Wall. Ex Wight) Baker ex Burck, Cajanus cajan (L.) Millsp. and Leucaena leucocephala (Lam.) De Wit) and exploited without any supply in mineral fertilisers are described concerning their yields and nutritive values. The grasses productions varied between 2 200 and 4 600 forage units (UF, in French unites fourragères)/ha/year and between 170 and 450 kg digestible crude protein/ha/year according to species and years (P<0.05). The forage legumes produced between 1 400 and 4 800 kg dry matter (DM)/ha/year according to species and years (P<0.05) with crude protein contents ranging from 16 to 27 %. Except Na and Zn, the combination of these two forage groups can satisfy the ruminant needs in macro and micro-minerals. The fourth part of the manuscript presents a soil-fertility balance under the different ley pastures after 3 years of exploitation. At the end of this study, it appears that in the experimental conditions (cut-and-carry system without fertilisers) Andropogon gayanus with broad leaves and the ligneous legume species Cajanus cajan and Leucaena leucocephala ensure the highest DM yields and are the less exhausting for soil fertility due to deeper root systems enabling to bring up to the surface mineral elements from deep layers / Résumé Dans la région soudanienne de lAfrique de lOuest comme dans le Borgou au Bénin, les systèmes de production agricole et délevage connaissent de plus en plus de difficultés liées aux aléas climatiques, à lappauvrissement rapide des sols et à la dégradation des végétations naturelles. Il en résulte une baisse des rendements agricoles et des ressources alimentaires pour le bétail. Par ailleurs, les conditions socio-économiques des producteurs limitent leurs possibilités dachat d'engrais en vue de remédier à la baisse de fertilité des sols. Dans ce contexte lintroduction de jachères fourragères dans les rotations culturales constitue une solution pour augmenter les disponibilités alimentaires destinées au bétail et enrichir le sol. La première partie de ce travail présente un inventaire de graminées et de légumineuses locales ou exotiques qui peuvent être implantées dans le Borgou. Le choix de ces espèces tient compte des conditions pédo-climatiques de la région, de leur aptitude à la production, de leur valeur alimentaire et de leur contribution à la fertilité des sols. Dans les deuxième et troisième parties de la thèse, les résultats de jachères expérimentales de trois ans comprenant 4 graminées (Panicum maximum Jacq var. C1, Andropogon gayanus Kunth à larges feuilles, A. gayanus à fines feuilles et Pennisetum purpureum Schumach.) et 6 légumineuses (Aeschynomene histrix Poir, Stylosanthes fruticosa (Retz.) Alson, Centrosema pubescens Benth., Mucuna pruriens (L.) DC. var. utilis Wall. Ex Wight) Baker ex Burck, Cajanus cajan (L.) Millsp. et Leucaena leucocephala (Lam.) De Wit) et exploitées sans apports de fumure minérale sont décrits en ce qui concerne leurs rendements et leurs valeurs alimentaires. Les productions des graminées ont varié entre 2 200 et 4 600 unités fourragères/ha/an et 170 à 450 kg de protéines brutes digestibles/ha/an selon les espèces et les années (P<0,05). Les légumineuses ont produit entre 1 400 et 4 800 kg de matière sèche/ha/an selon les espèces et les années (P<0,05), avec des teneurs en protéines variant entre 16 et 27 %. A lexception du Na et du Zn, lutilisation combinée des fourrages de ces espèces peut satisfaire les besoins en minéraux et oligo-éléments des ruminants. La quatrième partie du manuscrit présente un bilan de fertilité des sols sous ces différentes cultures après 3 années de jachère. Au terme de cette étude, il apparaît que dans les conditions expérimentales (affouragement en vert sans fumure minérale) la graminée Andropogon gayanus à larges feuilles et les légumineuses arbustives Cajanus cajan et Leucaena leucocephala sont les plus productives et les moins épuisantes pour le sol, eu égard à leur enracinement profond, capable de ramener des éléments minéraux en surface.

Les invasions biologiques sont une cause majeure de perte de biodiversité à l’échelle mondiale. L’impact direct des espèces exotiques envahissantes (EEE) sur la structure et la composition des communautés a été bien documenté. Par contre, leur impact sur le fonctionnement des écosystèmes a été comparativement moins étudié. Dans le présent travail, j’ai mesuré sur le terrain et en conditions expérimentales l’impact de 7 espèces de plantes exotiques particulièrement envahissantes en Europe sur les propriétés chimiques du sol, sur la productivité et sur le stock d’éléments minéraux dans la biomasse. Malgré la diversité des groupes fonctionnels considérés dans notre échantillon (des espèces annuelles aux arbres), des impacts récurrents ont pu être mis en évidence. Les EEE ont toujours une biomasse et une productivité supérieures à celles de la végétation qu’elles envahissent. Il en va de même pour le stock d’éléments minéraux dans la biomasse aérienne. En ce qui concerne le sol, les traits fonctionnels des espèces ne permettent pas de prédire la direction et l’amplitude des impacts. Par contre, ces impacts sur le sol se sont révélés partiellement prévisibles en fonction des conditions écologiques initiales (contexte pédologique). La disponibilité des cations et du P et la concentration en C et N organiques augmentent suite à l’invasion dans les sites initialement pauvres alors que ces mêmes paramètres baissent dans les sites plus eutrophes au départ. Les EEE entraînent, dans une certaine mesure, une homogénéisation des conditions écologiques dans les écosystèmes envahis. <p>Dans un deuxième temps, je me suis attaché à identifier les mécanismes de l’impact de Fallopia japonica sur le cycle de l’azote. Cette espèce, perenne rhizomateuse, adopte une gestion très conservatrice de l’azote en retransloquant jusqu’à 80 % de l’azote des tiges et des feuilles vers le système racinaire en automne avant l’abscission des feuilles. La litière restituée est, de ce fait, pauvre en azote. Ce paramètre, combiné à une teneur élevée en lignine, explique sa faible vitesse de décomposition par rapport à celle de la végétation non envahie. Une grande partie de l’azote de l’écosystème tourne donc en cycle quasi fermé entre les organes de réserve et les parties aériennes de la plante, tandis que l’azote restant est en grande partie bloqué dans la nécromasse de la plante et est donc non disponible pour les espèces concurrentes indigènes. Ce mécanisme explique, sans doute, en partie le succès invasif de l’espèce.<p><p>A l’avenir, les implications des impacts sur le sol en terme de restauration des communautés devront être étudiées. L’hypothèse d’une influence positive de ces impacts sur l’aptitude compétitive des espèces envahissantes devra être testée. Enfin, une étude plus fonctionnelle des impacts de ces espèces dans des sites contrastés devrait permettre d’identifier les mécanismes impliqués./Biological invasions are a major cause of biodiversity loss worldwide. The direct impact of alien invasive species (AIS) on community structure and composition has been well documented. On the other hand, their impact on ecosystem functioning has been comparatively less studied. In this work, I measured, on the field and in experimental conditions, the impact of 7 highly invasive alien plant species in Europe on soil chemical properties, biomass and aboveground nutrient stock. Despite the high diversity in considered functional groups (from annuals to trees), recurring impacts have been found. AIS had always higher biomass and aboveground nutrient stocks than invaded resident vegetation. Concerning soil, species functional traits did not allow us to predict impact direction and intensity. On the other hand, impacts on soil were partially predictable based on initial ecological conditions (pedologic context). Thus, cations and P availability and organic C and N concentrations increased in initially poor sites and decreased in eutrophic ones. AIS tend to homogenize soil properties across invaded landscapes.<p>In a second part, i tried to identify the mechanisms of the impacts of Fallopia japonica on N cycling. This perrennial rhizomatous species manage N in a very conservative way. About 80 % of aboveground N is translocated to rhizomes before leaves abscission. The litter is therefore poor in N. This parameter combined with a high lignin concentration explains its slow decomposition rate compared to that of uninvaded vegetation. A big part of the ecosystem N is engaged in a nearly closed cycle between above and belowground organs while the remaining N is blocked in the necromass and is thus not available for the indigenous competitors. This mechanism probably explains the invasive success of this species.<p><p>In the future, the implications of soil properties modifications in terms of community restoration should be studied. The hypothesis of a positive influence of these modifications on the competitive ability of AIS should be tested. At last, a functional study of these soil impacts in contrasted sites should allow us to identify the implied mechanisms.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished